Типичные Заблуждения (с точки зрения физики и физиологии) авторов и читателей фантастики/фэнтези
Автор: Алекс А. АлмистовКак известно, новое - это хорошо забытое старое ...
А посему, тем более, что вновь возник такой вопросик (https://author.today/post/126250) у наших очаровательных коллег, решил выложить сей Пост "Старых Песен об Очевидном"...
Итак (из закромов моих писательских справок о Сути вещей и Явлений в Космосе и не только) :
Человек в открытом Космосе без скафандра
Что ждет человека без скафандра в космосе
Представьте: вас выбросило наружу из шлюзового отсека космической станции без скафандра. Вы в панике и отчаянно пытаетесь спастись. Сколько времени у вас есть, чтобы найти источник воздуха и необходимого атмосферного давления?
Спойлер: совсем немного. Но больше, чем вы думаете.
Человек не превратится мгновенно в ледышку? Нагревание или охлаждение происходит либо из-за контакта с холодной внешней средой, либо через тепловое излучение. В вакууме среды нет, контактировать не с чем. А если точнее, то в вакууме присутствует очень разряженный газ, который из-за своей разряженности дает очень слабый эффект.
В термосе вакуум используют как раз для того, чтобы сохранить тепло! Не имея контакта с холодным веществом, герой вовсе не будет испытывать обжигающего холода.
Замерзать придется долго. Что касается излучения, то человеческое тело, попав в вакуум, будет постепенно отдавать тепло излучением.
В термосе, например, делают стенки колбы зеркальными, чтобы удержать излучение. Этот процесс довольно медленный. Даже если на космонавте нет скафандра, но есть одежда, она поможет сохранить тепло.
Зато можно загореть. Если дело происходит в космосе недалеко от звезды, то можно получить солнечный ожог на оголенных участках кожи — как от чрезмерного загара на пляже. Если дело происходит где-нибудь на орбите Земли, то эффект будет сильнее, чем на пляже, так как там нет атмосферы, которая защищает от жесткого ультрафиолета.
10 секунд достаточно для получения ожога. Но все же это тоже не обжигающий жар, к тому же одежда тоже должна защитить. А если речь идет о дырке в скафандре или трещине в шлеме, то на эту тему можно не беспокоиться.
Температура кипения жидкостей зависит от давления. Чем меньше давление, тем ниже температура кипения. Поэтому в вакууме жидкости будут испаряться. Это обнаружилось в экспериментах — не сразу, но слюна закипает, так как давление почти нулевое, а температура языка — 36 С. Видимо, то же самое произойдет со всеми слизистыми оболочками (на глазах, в легких) — они будут высыхать, если только из организма не будет поступать новая слизь.
Кстати, если взять не просто жидкую пленку, а большой объем воды, тогда, наверное, будет эффект как у «сухого льда»: снаружи испарение, с испарением быстро теряется тепло, за счет этого внутренняя часть замерзает. Можно предположить, что шарик воды в космосе частично испарится, а в остальном превратится в кусочек льда.
Кровь вскипит? Нет. Эластичная кожа, сосуды, сердце создадут достаточное давление, чтобы ничего не кипело.
Эффекта шампанского тоже не предвидится. У аквалангистов есть такая неприятность, как кессонная болезнь. Причина — то, что происходит с бутылкой шампанского. Кроме кипения есть еще растворение газов в крови. Когда давление падает, газы превращаются в пузырьки. В шампанском выходит растворенный углекислый газ, а у аквалангистов — азот.
…Но этот эффект происходит при больших перепадах давления — хотя бы в несколько атмосфер. А при попадании в вакуум перепад всего в одну атмосферу. В статье на эту тему ничего не говорится, никакие симптомы не описываются — видимо, этого недостаточно.
Воздух изнутри разорвет? Предполагается, что жертва его выдохнет — и потому не разорвет. А если не выдохнет? Оценим угрозу.
Пускай в скафандре поддерживается давление в 1 атм. Это 10 кг на квадратный сантиметр. Если человек пытается задержать дыхание, то на пути воздуха встает мягкое небо. Если там площадь хотя бы 2×2 см, то получится нагрузка в 40 кг. Вряд ли мягкое небо выдержит — человек выдохнет сам, как сдувшийся шарик.
Человек задохнется? Вот это и есть основная и реальная угроза. Дышать то нечем. Сколько человек может продержаться без воздуха? Тренированные ныряльщики — несколько минут, нетренированный человек — не больше минуты. Но! Это на вдохе, когда в легких полно воздуха с остатками кислорода. А там, помните, придется выдохнуть.
Сколько простой человек может продержаться на выдохе? Секунд 30. Но! На выдохе легкие не «скукоживаются» до конца, остается немного кислорода. В космосе, видимо, кислорода останется еще меньше (сколько удастся удержать). Конкретное время, через которое человек потеряет сознание от удушья известно — порядка 14 секунд.
**********************
Как долго человек может прожить без еды? -- подробнее было здесь: https://author.today/post/40132
**********************
Ну и (что бы дважды не вставать):
Про мироощущение при полетах на околосветовых скоростях (о чем пока (!!!) гласит наука):
Ученые рассказали, как будет происходить путешествие со скоростью света
Вероятно, при наличии необходимых технологий, мы смогли бы однажды полететь к краю Вселенной и увидеть, что находится за ее пределами?
Немного теории
Скорость света в вакууме — это постоянная величина, известная нам достаточно точно: так, свет движется со скоростью 299 792 458 метров в секунду. Это скорость распространения всех электромагнитных полей в вакууме, включая радиоволны, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение.
Согласно Специальной теории относительности Эйнштейна, ничто не может двигаться быстрее света.
В обычных условиях свет для нас действительно движется мгновенно. Например, мы не успеваем увидеть, как фотоны отражаются от предметов и абсорбируются поверхностями в комнате, когда выключается свет, — настолько быстро это происходит.
Скорость света в пустом пространстве (вакууме) не зависит от относительной скорости между его источником и наблюдателем. Некоторые считают, что это утверждение противоречит здравому смыслу, тем не менее именно это было продемонстрировано экспериментально.
Самый известный такой эксперимент был проведен физиками Альбертом Майкельсоном и Эдвардом Морли в конце XIX века. Они обнаружили, что скорость света одинакова во всех направлениях, вне зависимости от того факта, что Земля сама движется через пространство.
Человек и скорость
Люди определенно любят скорость. С тех пор как было изобретено колесо, а скорость уже не определялась силой наших ног, нам хотелось передвигаться быстрее и быстрее.
Чем быстрее человек движется, тем в больший восторг он приходит (хотя, стоит заметить, что для некоторых высокие скорости — пугающая вещь).
На сегодня человечество успело разработать невероятно быстрые самолеты, ультрабыстрые истребители, сверхбыстрые скоростные поезда и так далее. Однако у Вселенной в рукаве есть кое-что быстрее, чем что-либо нами достигнутое, — свет.
Итак, возможно, некоторые из вас как-то вечером после тяжелого дня, сидя с кружкой чая, задумывались о том, каково это — двигаться со скоростью света.
Что произойдет, если мы будем двигаться со скоростью света
Человек, движущийся со скоростью света, испытает замедление времени. Для него время будет протекать медленнее по сравнению с человеком, который стоит на месте. Кроме того, сильно изменится их поле зрения.
Для человека, движущегося со скоростью света, Вселенная предстанет в форме туннеля перед аппаратом, на котором он путешествует.
Рассмотрим эту увлекательную идею.
До XX века мир был уверен в правильности взглядов Исаака Ньютона на объекты и гравитацию. Однако в 1900-х не кто иной, как Альберт Эйнштейн, взял и навсегда изменил мир.
Теория относительности, предложенная им, прояснила множество вопросов, связанных с массой и энергией. Уравнение эквивалентности массы и энергии доказало, что масса и энергия взаимозаменяемы, то есть одно можно преобразовать в другое — и наоборот. Он также предположил, что не существует единственной стандартной системы отсчета. Все относительно даже время.
Тогда к нему и пришло понимание, что скорость света постоянна и не зависит от наблюдателя. Таким образом, если человек движется на 50% от скорости света в том же направлении, что и свет, то луч света будет выглядеть для него так же, как и для человека, стоящего на месте.
Что же касается эквивалентности массы и энергии, то в двух словах это означает, что, если объект движется на 10% от скорости света, его масса увеличится на 0,5% от изначальной массы. В то же время, если объект движется на 90% от скорости света, его масса увеличится вдвое.
Можем ли мы путешествовать со скоростью света
Нет, мы не можем двигаться со световой скоростью. Все дело в том, что при движении со скоростью света масса объекта экспоненциально увеличится.
Представьте себе следующее: скорость света составляет почти 300 тысяч километров в секунду, и, когда объект движется с этой скоростью, его масса становится бесконечной. Следовательно, чтобы сдвинуть этот объект, потребуется бесконечная энергия (вспоминаем эквивалентность массы и энергии), что крайне непрактично.
Грубо говоря, именно по этой причине ни один объект не может двигаться со скоростью света (кроме самого света) или быстрее.
Что касается движения почти со скоростью света, скажем на 90% от нее, то нас ждут любопытные наблюдения.
Двигаясь (почти) со скоростью света
Прежде всего, движущийся с такой скоростью человек испытает замедление времени. Время для него будет протекать медленнее, чем для кого-то, стоящего на месте. Например, если человек движется на 90% от скорости света, то, когда для него пройдут 10 минут, для человека, стоящего на месте, пройдут 20 минут.
Стоит упомянуть и о серьезных изменениях в поле зрения. Для человека, движущегося — куда бы то ни было — на 90% от скорости света, как уже было упомянуто выше, Вселенная будет выглядеть так, будто он смотрит на нее через иллюминатор перед своим космическим аппаратом.
Звезды, к которым он приближается, будут выглядеть синими, а остающиеся позади — красными. Это обусловлено тем, что световые волны от звезд перед ним будут скапливаться вместе, из-за чего объект будет выглядеть синим, а световые волны от звезд, остающихся позади, будут растягиваться и приобретать красный цвет, вызывая экстремальный эффект Доплера.
После преодоления определенной отметки человек погрузился бы во тьму, так как длины волн, попадающие ему в глаза, были бы вне видимого спектра.
Конечно, даже учитывая всю непрактичность и препятствия, связанные с путешествием со скоростью света (или почти), это определенно было бы то еще приключение.
См. также мои старые посты:
Загадки скорости света - полезно-прикладная инфа для авторов Космофантастики - https://author.today/post/51155
Сверхсветовое движение - возможно ли оно в принципе (Сверхсветовая Космофантастика и НФ)? - https://author.today/post/60184
Сверхсветовая Космофантастика: создана самая реалистичная модель Warp-двигателя для гиперпрыжков - https://author.today/post/53087
Можно ли добраться до звёзд в 21 веке - используя только известную нам физику? - https://author.today/post/105384
**********************
Наш мир глазами разных существ (ну, если Вы пишете про инопланетян или Ваш ГГ- не человек (вида Хомо Сапиенс) - типа бионика)))
Осьминоги видят мир кожей, летучие мыши используют глаза, некоторые бактерии превращаются в линзы фотоаппаратов, а зрение жуков-скарабеев и вовсе похоже на калейдоскоп. Все потому, что природа придумала сотни способов познавать мир, и, возможно, лучший достался не человеку, а маленькому жителю субтропических морей.
12. Динозавры (рептилии, пресмыкающиеся)
Зрение динозавров различалось. Большинство хищников постепенно выработали острое цветное и трехмерное зрение. Глаза цератозавров находились по бокам головы, поле зрения ящера составляло 360°, правда, картинка расплывалась.
У тираннозавра и человека глаза расположены одинаково. Получив от природы отличное зрение, «Ти-рекс» различал больше оттенков красного, чем мы, и вдобавок обладал тонким нюхом. Эти качества сделали его опасным и непобедимым хищником.
Способность различать красные цвета у ящеров стала эволюционным достижением, которое привело к проявлению красного оттенка во внешнем виде: самки предпочитали самцов «в красном».
А вот карнозавры, крупнейшие хищники, видели плохо, поле зрения не превышало 20°, поэтому и охотились исключительно на медлительных сородичей.
11. Попугаи (птицы)
Глаз птицы похож на глаз пресмыкающегося: уплощенная форма позволяет держать в фокусе большое поле зрения. Птичьи глаза неподвижны, и, чтобы рассмотреть получше окружающую среду, приходится поворачивать голову.
Если люди различают 3 основных цвета, то птицы — сразу 4. Для них мир полон ярких и недоступных для нашего глаза красок. Многие пернатые чувствительны к ультрафиолету. Это позволяет им быстрее находить сочные фрукты и ягоды, потому что поверхность зрелого плода покрыта веществом, отражающим ультрафиолетовое излучение.
Чем больше цветов птица различает, тем она ярче. Научившись видеть новые цвета и воспринимать ультрафиолет, самки отдавали предпочтение самцам, у которых встречали более красочное оперение.
10. Змеи
Основная задач глаз у змеи — отслеживание движения. Поэтому в зависимости от условий и образа жизни возможности зрения различаются. Например, змеи, живущие под землей, отличают свет от тьмы. Те, что обитают на деревьях и охотятся ночью, видят мир в ультрафиолете, а змеи, предпочитающие дневной образ жизни, не распознают ультрафиолет, но получили острое цветное зрение.
Змеи чувствительны к теплу, которое видят не глазами, а органом между глазами и носом или благодаря рецепторам на мордочке. Полученные данные мозг превращает в картинку, которая накладывается на то, что распознают глаза змеи.
Эволюция сказалась и на зрачке. Змеи, активные днем, получили круглый зрачок. Те, которые охотятся ночью, сохранили узкий и вертикальный. Самый необычный достался представителям рода плетевидных — длинный, горизонтальный, похожий на замочную скважину. Благодаря этому поменялось поле зрения, и теперь каждый глаз видит цельную картинку, как глаза человека.
У змей прозрачные сросшиеся веки, которые защищают глаза, но влияют на четкость изображения: лучше всего эти пресмыкающиеся видят сразу после линьки, когда кожа век меняется.
9. Хамелеоны (особый случай)
Поле зрения хамелеона составляет 360°. Сидя на тонкой веточке, он видит панорамную картинку всего, что происходит вокруг. Это помогает ящерице прятаться от хищников и охотиться самой. Глаз спрятан за многослойным сросшимся веком, и виден только зрачок.
Каждый глаз двигается самостоятельно и мгновенно фокусируется на нужной точке, но по желанию ящерицы обе картинки в голове складываются в одну, как на картинке ниже:
Так, во время охоты ящерица одним глазом следит за окружающей средой, а вторым наблюдает за добычей. Чтобы рассчитать точное расстояние до жертвы, непосредственно перед атакой уже оба глаза фокусируются на добыче.
8. Летучие мыши (эхолокация)
Слышали, что мыши слепы? Это миф. Для ориентации в пространстве в радиусе 50−70 метров они используют эхолокацию, но чаще предпочитают картинку, которую видят. Глаза летучей мыши распознают поляризованные лучи солнца, по которым ориентируются, словно по компасу. Некоторые мыши видят цветную картинку мира, другие распознают ультрафиолет.
7. Осьминоги и каракатицы (моллюски)
Осьминоги и каракатицы получили поле зрения в 340−360° без слепых пятен благодаря расположению, строению глаз и форме зрачка. Они не различают цвета как человек, но воспринимают ультрафиолет и видят поляризацию света.
С этой способностью беспозвоночные общаются между собой, меняя цвет и узор кожи, используют специальные рисунки и камуфляж, чтобы прятаться от хищников.
Осьминоги смотрят на мир, используя еще и кожу. Пока зрение представляет окружающую среду в деталях, кожа осьминога реагирует на яркость освещения благодаря похожим светочувствительным белкам, которые прежде находились только в глазах.
6. Раки-богомолы
В глазах рака-богомола мир сделан из радуги. Если человек способен распознавать только 3 основных цвета, то рак-богомол — 12, воспринимает ультрафиолет, инфракрасный свет, различает линейную и круговую поляризацию света. У этих ротоногих самый сложный механизм зрения. Каждый глаз видит сразу 3 картинки.
При этом у них отличная зрительная память: они запоминают «соседей», чтобы лишний раз не напасть на них. Несмотря на размер, это крошечные машины-убийцы: охотничий бросок у рака-богомола признан самым быстрым, клешня движется со скоростью 72 км/ч под водой, а ногами он бьет мощнее крупнокалиберной пули. И рычит.
5. Богомолы (насекомые)
Недавно ученые надели очки на богомолов и показывали фильмы. Оказалось, что 2 глаза видят с нескольких перспектив, которые мозг объединяет в одну объемную картинку. Богомолы используют 3D-зрение, которое считалось прерогативой млекопитающих и хищников.
Человек тоже видит мир трехмерным, но, в отличие от людей, богомолы не воспринимают статичные трехмерные изображения. Оптической иллюзией с картинки сверху их не обмануть.
4. Пчелы
Способность воспринимать ультрафиолет помогает насекомым определять, сколько пыльцы содержит цветок и где на растении зоны, на которые удобнее приземлиться для доступа к нектару. Пчелы распознают спектр цветовых оттенков, не похожий на привычный нам.
Лучше всего пчелы видят синий и зеленый цвета и их оттенки, не распознают красный, но различают оранжевый и желтый.
3. Жуки-скарабеи
Золотистый панцирь жуков отражает свет, «закручивая» его в любую сторону, — так, словно насекомое носит латы из микроскопических кусочков зеркал. Жуки, отражая свет, общаются между собой, поэтому умеют распознавать круговую поляризацию света.
2. Водоросли (растения)
Орган, который не видит, но чувствует свет, есть у некоторых одноклеточных водорослей, например у эвглены зеленой. Он называется «глазок», и с его помощью водоросли плывут к самой освещаемой части водоема, чтобы расти и размножаться.
1. Цианобактерии
У цианобактерий нет органов зрения, но они видят свет не хуже человека. Механизм их зрения напоминает работу фотоаппарата: они используют изогнутую поверхность клеток собственного тела вместо линзы и фокусируют излучение света на другой стороне клеточной мембраны. Получается перевернутое, правда, сильно размытое изображение. Этот вид зрения — один из древнейших в мире.
И самое прикольное (применительно к Фэнтези) - зрачки!
Про Разумных Животных (типа енота из "Стражей Галактики") и негуманоидов у Толкиена во Властелине Колец ... Кстати, Дракон - тоже рептилия. И у него глаза априори устроены не как у человека (см. хотя бы про форму зрачков разных биовидов)...
Щелевидный вертикальный зрачок, например, есть у земных кошек. Кроме того, среди домашних животных у кошки самые большие глаза относительно размеров тела. Вертикальный зрачок позволяет различным видам животных видеть одинаково хорошо и ночью, и днем. При этом: все кошки воспринимают мир в оттенках серого, зеленого и голубого. Кроме того, зрение ночного охотника охватывает 270 градусов, причем каждый глаз различает до 45% картинки, благодаря чему кошка способна рассчитать расстояние затяжного прыжка с погрешностью до 3-4 сантиметров. Чтобы уменьшить световой поток на сетчатке при ярком освещении, зрачок кошачьего глаза может изменять форму. Причём он не круглый, как у человека, а вертикально-овальный вплоть до щелевидного, так как радужная оболочка сжимается с помощью мышечных волокон неравномерно. В результате кошки превосходно видят в условиях слабого освещения. За сетчаткой глаза располагается особый слой — тапетум, который у кошек, как и у большинства животных, содержит большое количество люминесцентного пигмента (tapetum lucidum). Функция тапетума заключается в отражении обратно на сетчатку той части света, которая проходит сквозь полупрозрачный слой светочувствительных клеток и которая без тапетума безвозвратно терялась бы. Благодаря тапетуму и другим механизмам, светочувствительность глаза кошки в 7 раз выше, чем у человека, и кошки могут хорошо видеть даже при слабом освещении, но при ярком свете они видят хуже человека. Из-за интенсивной пигментации тапетума кошачьи глаза при их освещении в темноте светятся жёлто-зелёным. Змеям, ведущим дневной образ жизни, присущ круглый зрачок, а ночным – узкий вертикальный. Бинокулярное зрение позволяет змее формировать картинку с сетчатки обоих глаз, но зрение это ориентировано, в первую очередь, на тепловую информацию. Так, змея скорее видит контуры, размеры, расстояние до другого животного, и этот образ позволяет определить теплокровную мышь на прохладной почве или хладнокровную лягушку среди теплых испарений земли.
Форма, размер и положение зрачка у различных животных (зрачок бывает круглый, щелевидный, прямоугольный, вертикальный, горизонтальный) являются систематическим признаком.
У большинства копытных (в том числе коз и овец) зрачок горизонтальный.
У осьминогов и каракатиц зрачок W-образной формы.
Подробнее:
Почему у животных зрачки разной формы?
У одних существ зрачки круглые, у других вытянуты вертикально, как мяч для регби, а у многих — узкие щелочки. Принято считать, что вертикальные щелевидные зрачки возникли как адаптация к ночному образу жизни, поскольку позволяют защитить чувствительную сетчатку от слепящего дневного света. Круглые зрачки сжимают кольцевые мышцы, а щелевидный снабжен двумя дополнительными мышцами, стягивающими отверстие в поперечном направлении, благодаря чему щелевидный зрачок можно сузить сильнее, чем круглый. Домашняя кошка и геккон, животные с вертикальными зрачками, могут изменить их площадь в 135 и 300 раз соответственно, а человек — только в 15.
Специалисты Сиднейского университета усомнились в общепринятой гипотезе. По их мнению, хорошо сжимаемый зрачок полезен скорее не ночным животным, а полифазным, то есть активным и ночью и днем. Кроме того, для хорошего ночного видения важен не столько просвет зрачка, сколько некоторые морфологические особенности глаза и строение сетчатки. У ночных животных она состоит в основном из чувствительных палочек, позволяющих видеть при низкой освещенности, а у дневных животных — из колбочек, обеспечивающих цветное зрение при ярком свете. Ученые предположили, что эволюции вертикальной формы зрачка способствовали полифазная активность и охота из засады.
В пользу охоты у исследователей было два аргумента. Узкие вертикальные зрачки днем проецируют на сетчатку более резкое изображение горизонтальных линий, чем круглые, а для животных, ожидающих в засаде, очень важно отслеживать движения в этой плоскости. Также вертикальная щель зрачка маскирует глаз, зрительно разбивая его круглую форму, и выполняет роль камуфляжа, что полезно большинству хищников.
Свои предположения исследователи проверили на 127 видах австралийских змей. Они изучили фотографии рептилий, музейные образцы и описания образа жизни и соотнесли форму зрачков со способом охоты и временем суточной активности животных.
Оказалось, что большинство австралийских змей с вертикальными зрачками охотятся из засады по ночам, а змеи с круглыми зрачками ведут дневной образ жизни и активно ищут добычу. При этом способ охоты влияет на форму змеиных зрачков в большей степени, чем время активности, поскольку многие активно охотящиеся круглозрачковые змеи не ведут дневного образа жизни, как можно было бы ожидать.
Поскольку вертикальные зрачки позволяют более четко видеть в широком диапазоне освещенности, исследователи предположили, что они встречаются преимущественно у полифазных видов, однако это — приспособление ночных змей. Возможно, ночным рептилиям приходится иногда и днем бодрствовать. Кроме того, время активности змей могли определить неправильно: для этого их нужно сначала отыскать, когда они лежат в засаде, что непросто.
Австралийские ученые допустили, что обнаруженные ими закономерности справедливы не только для змей, и призвали коллег продолжить исследования зрения позвоночных. Эстафету приняли специалисты Даремского университета (Англия) и Калифорнийского университета в Беркли (США). В статье с абсолютно киплинговским названием «Почему у животных зрачки разной формы» они прежде всего опровергли данные австралийцев о том, что вертикальный зрачок увеличивает глубину резкости горизонтальных линий. На самом деле глубина резкости в этом случае выше для вертикальных линий. Но даже не будь этой ошибки, гипотеза австралийских исследователей не объясняет, почему у одних животных щелевидные зрачки вертикальные, а у других — горизонтальные. Очевидно, их ориентация также важна для каких-то неизвестных целей.
Чтобы выяснить, для каких именно, исследователи проанализировали сведения о форме зрачка, суточной активности и способе питания 214 видов животных: австралийских змей, описанных в предыдущем исследовании, представителей семейств кошачьих и псовых, гиен, виверровых, парнокопытных и непарнокопытных. Они обнаружили достоверную связь между формой зрачка и экологической нишей животных (рис. 1). Горизонтальные зрачки почти всегда принадлежат травоядным пастбищным животным, таким как овцы и козы, у которых глаза расположены по бокам головы. У полифазных хищников, преследующих жертву, зрачки круглые. Животные с вертикально вытянутыми зрачками, как правило, охотятся из засады, и глаза у них расположены фронтально.
Рис. 1. A — формы зрачка: вертикальный (кошка), округлый (рысь), круглый (человек) и горизонтальный (овца). B — распределение 214 видов животных по форме зрачка и по образу жизни (Herbivorous — травоядные, Active — активные хищники, разыскивающие жертву, и Ambush — хищники, поджидающие жертву в засаде).
У домашних кошек, устраивающих засаду на мышей, зрачки вертикальные, у кошачьих, которые активно охотятся, — круглые. Вертикальные зрачки у лисицы, которая подкрадывается к добыче, но круглые — у волка, загоняющего жертву. Закономерности, обнаруженные учеными, позволяют на основании образа жизни животного предсказывать форму его зрачков.
Очевидно, преимущества вертикальной или горизонтальной ориентации щелевидных зрачков связаны с экологической нишей, которую занимает животное. Исследователи разработали компьютерную модель глаз, имитирующую появление изображения при разной форме зрачков.
Если смотреть на мир сквозь вертикальную щель, вертикальные линии выглядят более резкими, чем горизонтальные (рис. 2). Засадным хищникам с глазами, расположенными фронтально, проще оценить расстояние до жертвы и ее горизонтальное смещение, то есть движение, именно по вертикальным линиям. Расчеты показали, что увеличение резкости вертикальных объектов, находящихся на земле, проявляется лишь в том случае, когда глаза близко к поверхности, поэтому вертикальными щелками имеет смысл обзаводиться невысоким животным. И действительно, из 65 проанализированных видов засадных хищников с фронтально расположенными глазами 44 имеют вертикальные зрачки, из них 36 видов (авторы подсчитали, что это 82%) ниже 42 см в плече. Среди 19 засадных хищников с круглыми зрачками таких низких только три вида (17%).
У травоядных свои проблемы. Они должны контролировать окрестности, вовремя заметить хищника и, если что, убежать. Их глаза расположены по бокам головы, благодаря чему животные имеют широкий панорамный обзор и вовремя замечают опасность. Кроме того, впереди у них узкая полоса бинокулярного зрения, поэтому они хорошо видят дорогу, когда спасаются от хищника по пересеченной местности. Но бежит животное или осматривается, его основное внимание обращено на землю.
Горизонтальные зрачки увеличивают количество света, поступающего спереди и с боков, но сокращают его количество сверху и снизу. Эта особенность способствует панорамному обзору и помогает заметить потенциального хищника, крадущегося по земле. Горизонтальные зрачки также повышают качество изображения горизонтальных планов, что улучшает зрение на уровне земли и создает преимущество при быстром беге.
Однако травоядные не только оглядывают окрестности, но и пасутся, постоянно наклоняясь к земле. Не теряют ли они при этом преимущества, которые дает им горизонтальный зрачок? Оказывается, нет. Когда животные наклоняются, их глаза поворачиваются так, что зрачки сохраняют горизонтальную ориентацию, при любом положении головы они параллельны земле. Чтобы выяснить, как возникали зрачки определенной формы в процессе эволюции, ученые проанализировали филогенетические древа нескольких семейств. У змей семейства аспидовых вертикальные щелевидные зрачки возникали независимо по крайней мере дважды.
Предок кошачьих был ночным или полифазным засадным хищником с вертикальными щелевидными зрачками. В процессе эволюции у видов семейства от двух до четырех раз независимо возникали вертикально вытянутые зрачки и шесть раз — круглые. Форма зрачков у кошачьих коррелирует главным образом с суточной активностью и в гораздо меньшей степени — с типом охоты, однако и разнообразие стратегий питания в этом семействе невелико.
Общий предок псовых имел вертикально вытянутые зрачки и охотился из засады. Щелевидные и круглые зрачки в ходе эволюции появлялись дважды, их форма зависит и от времени активности, и от способа охоты. Таким образом, форма зрачка независимо изменялась несколько раз в соответствии с экологической нишей, которую занимал вид, а не потому, что животные с разной формой зрачков ведут род от разных предков.
Выгода от определенной формы зрачка зависит и от высоты, на которой располагаются глаза животного. Это легко понять, рассматривая фотографии, сделанные с разного расстояния от объекта съемки: чем ближе к поверхности находится камера, тем выше градиент размытости того, что не находится в фокусе (рис. 3). Поэтому если сравнивать, к примеру, кошку и человека, то кошке намного важнее корректировать размытость изображения, потому что она находится «ближе к земле», чем человек. Из этих соображений ученые предположили, что у животных меньшего роста щелевидные зрачки встречаются чаще, и это предположение подтвердилось, когда исследователи проанализировали данные о размерах животных из своей выборки. Интересно, что у птиц зрачки почти всегда круглые, за единственным исключением — у водорезов вертикальные щелевидные зрачки. Такое исключение подходит под теоретические выкладки исследователей, потому что по образу жизни водорез напоминает наземного хищника маленького роста. Эта птица летает очень низко у поверхности воды, охотясь на рыбу, так что все соображения о расплывчатости изображения, на которое смотрят с близкого расстояния, верны и для водореза.
Источник: https://pikabu.ru/story/pochemu_u_zhivotnyikh_zrachki_raznoy_formyi_6195579
ПыСы: готов оперативно добавлять в этот пост обоснованные разъянения прочих животрепещущих заблуждений обычного писателя/читателя НФ))))